Download Transporte de Fluidos por Tuberías

Programas de Actividades Curriculares – Plan 94A
Carrera: Ingeniería Mecánica
TRANSPORTE DE FLUIDOS POR TUBERÍAS
Área: Térmica
Bloque: Electivas
Nivel: 5º año Tipo: Electiva
Modalidad: Anual
Carga Horaria total:
Hs Reloj: 96 Hs. Cátedra: 128
FUNDAMENTACIÓN
La denominación “Transporte de Fluidos por Tuberías” se refiere al estudio del diseño y
comportamiento de los sistemas de transporte de fluidos a gran distancia, sean éstos para abastecer
líquidos únicos, líquidos diferentes en secuencia, gases únicos, gases y líquidos, y líquidos o gases y
sólidos.
Es así que flujos de petróleo en oleoductos, productos líquidos varios en poliductos, gas natural por
gasoductos, flujos bifásicos, mineraloductos (agua+minerales), transportes neumáticos
(aire+sólidos), sistemas de bombeo y compresión, etc., son los problemas que encontrará el
profesional de la ingeniería que pretenda dedicarse a un tema de gran auge en esta época, y que
requiere el entendimiento de los principios de la mecánica de los fluidos, de la termodinámica, de la
resistencia de los materiales, de la transmisión de calor, y de las máquinas de fluidos, para su
solución.
OBJETIVOS
Diseñar los sistemas de transporte de fluidos con una visión integradora;
Realizar proyectos técnicos-económicos correspondientes a todos los elementos que integran un
sistema de transporte de fluidos por tuberías.
CONTENIDOS

Contenidos mínimos

Las leyes fundamentales de la Mecánica de los Fluidos, Termodinámica y la Resistencia de los
Materiales.

Transporte de fluidos incompresibles.

Transporte de fluidos compresibles.

Transporte de fluidos multifásicos.

Planteo y resolución de problemas integrados.

Contenidos analíticos
Unidad Temática I: SÍNTESIS DE LAS LEYES FUNDAMENTALES DE LA MECÁNICA DE LOS
FLUÍDOS, TERMODINÁMICA Y RESISTENCIA DE LOS MATERIALES
Viscosidad – variación de la viscosidad con la presión y temperatura para líquidos y gases.
Ecuaciones más utilizadas.
Líquidos ideales y reales. Ecuación de estado, Presión-Densidad-Temperatura.
Gases ideales y reales. Ecuación de estado, Presión-Densidad-Temperatura.
Mezclas líquido-sólido; gas-sólido; líquido-líquido. Leyes fundamentales. Solubilidad.
Sedimentación. Leyes de conservación de la cantidad de movimiento, de la masa y de la
energía (primer principio de la Termodinámica) para líquidos y gases. Entalpía, entropía.
Segundo principio de la Termodinámica. Pérdida de carga en cañería. Factor de fricción.
Ecuaciones empíricas. Ecuación de Colebroock.
Transferencia de calor en tubos. Conducción, Convección, Radiación. Transferencia de calor
en tubos aéreos y enterrados. Aislante térmico. Estado de tensión en tubos de paredes
delgadas y gruesas debido a la presión interior y exterior. Tensiones producidas por cambio
de temperatura, coeficientes de seguridad, Normas de aplicación.
Unidad Temática II: TRANSPORTES DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES
Cálculo de tubería desde el punto de vista hidráulico. Ecuación de Darcy-Weisbach. Pérdida
de carga localizada en accesorios. Cavitación en cañerías y válvulas
Movimiento de fluido a régimen no permanente. Golpe de ariete. Teoría de Allievi y método
de las características.
Plantas de bombeo. Selección de bombas. Tipos de bombas centrífugas y bombas de
desplazamiento positivo. Sistema de filtrado y medición del flujo. Distintos tipos de
medidores de flujo. Disposición de los equipos. Normas vigentes.
Cálculo de tuberías por diferencias finitas teniendo en cuenta la compresibilidad, variación de
la viscosidad y transferencia de calor. Determinación de la variación de los parámetros de
estado de flujo-presión, densidad, velocidad y temperatura a lo largo de la cañería. Bases
para preparación de programas de computación.
Tanques de almacenamiento. Distintos tipos de tanques. Normas de aplicación.
Optimización de proyecto de cañería. Planteos de las funciones de costo correspondiente a la
cañería, las plantas de bombeo y al consumo de energía. Búsqueda del diámetro óptimo
correspondiente al mínimo costo. Costo del transporte.
Transporte de líquidos por batch-poliductos. Cálculo de la tubería por diferencias finitas,
espacio-temporales. Determinación de la variación de los parámetros de estado-presión,
densidad, velocidad y temperatura en función del espacio-tiempo. Bases para preparación de
programas de computación.
Unidad Temática III: TRANSPORTE DE FLUIDOS COMPRESIBLES
Cálculo de tubería. Fórmula correspondiente al flujo isotérmico. Otras fórmulas simplificadas
para casos particulares. Bloqueo sónico en cañería.
Movimiento a régimen no permanente. Capacidad de almacenamiento en línea.
Plantas compresoras. Selección de compresores. Tipos de compresores centrífugos y de
desplazamiento positivo. Sistema de filtrado y medición del flujo. Distinto tipo de medidores
de flujo. Disposición de los equipos. Normas vigentes.
Cálculo de tuberías en flujo no isométrico, por diferencias finitas teniendo en cuenta la
variación de viscosidad, la compresibilidad y la transferencia de calor. Determinación de la
variación de los parámetros de estado del flujo-presión, densidad, velocidad y temperatura a
lo largo de la cañería. Bases para preparación de programas de computación
Optimización del proyecto de cañería. Planteo de las funciones de costo correspondiente a la
cañería, plantas compresoras y consumo de energía. Búsqueda del diámetro óptimo
correspondiente al mínimo costo. Utilización del método de los multiplicadores de Lagrange.
Unidad Temática IV: TRANSPORTE DE FLUÍDO EN ESTADO MULTIFÁSICO
Mezclas heterogéneas de Líquido-Líquido, Líquido-Gas, Líquido-Sólido y Gas-Sólido. Modelos
tipos de movimiento en cañería.
Transporte de mezclas Petróleo-agua-gas.
Transporte Líquido-Sólido. Transporte hidráulico.
Transporte Gas-Sólido. Transporte neumático.
Unidad Temática V: PLANTEO Y RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS INTEGRADOS
Aplicaciones a acueductos, oleoductos y gasoductos, poliductos, transporte de minerales
fluidizados, transporte de sustancias pulverulentas y todo problema planteado por los
integrantes del curso, utilizando los programas desarrollados por los alumnos.
1.
Las Unidad 1 “Síntesis de las leyes fundamentales de la mecánica de los fluidos,
termodinámica y resistencia de los materiales”, se basa en los conocimientos adquiridos en
las materias del curso regular de Ingeniería Mecánica.
2.
Para las Unidades 2, 3, y 4 referidas a Transportes de fluidos incomprensibles, a
Transporte de fluidos comprensibles, y a Transporte de fluidos en estado multifásico, son de
aplicación de las ecuaciones del “núcleo básico” a distintos temas ingenieriles. El desarrollo
de programas de computación de cierta complejidad, permite resolver los problemas, cuya
resolución numérica en general es muy laboriosa.
3.
La Unidad 5 “Planteo y resolución de problemas integrados” consta
fundamentalmente de trabajos completos e integrados de la materia, es decir netamente
práctica.
a)
Con los problemas integrados, se pretende que el alumno plantee, investigue y
resuelva problemas reales, como por ejemplo: diseño óptimo de oleoductos, gasoductos y
poliductos, etc.
b)
La elaboración de programas de computación por parte de los alumnos, posibilita la
introducción del alumnado en aspectos bien actuales de la ingeniería. El uso de programas de
computación mas integrales, permite resolver cualquier tipo de problema resolución
numérica compleja
BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA
Lester, C.B.(1994). Hydraulics Pipeliners Volumen IyII. USA. Editorial: Gulsh Publishing.
Levenspiel, Octave. (196 1) Flujo de Fluidos e Intercambio de Calor. España. Editorial: Reverte.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
Herning, Fritz. (1975) Transporte de Fluidos por Tuberías. Editorial: Labor.
Wylie & Streeter.(1993) . Fluid Transient in Systems. U.S.A. Editorial: Prentice Hill.
Parmakian, John( 1955 ) Water Hammer Analysis. U.S.A. Editorial: Prentice Hill.
Lester, C.B. (1994). Hydraulic for Pipeliners. Volume I: Fundamentals. USA. Editorial: Gulf Publishing
Company.
Tullis, J.Paul. Hydraulics of Pipelines. USA.
Le Trasnport des Hydrocarbures Liquides el Gazeux par Canalization. Autor: J.Vincent-Genod